过去,冷聚变及高温超导技术曾给人们带来美妙的前景——无限的廉价能源。与此类似,纳米技术改善大众生活质量的前景似乎同样被过分夸大了。但纳米技术与它们有两个主要的不同点。虽然“纳米技术”已经引起了工业界、立法机关和科研资助机构的注意,但大多数情况下,这都是纳米技术不断发展进步的结果;正如更小的尺度范围内纳米制造和鉴定技术已逐步获得应用,这是对新现象进行建模和解释的理论发展成熟的结果。此外,纳米技术带给消费者的日常生活用品已经不只是抗污衣物和透明防晒霜了。因此,发现各类科研计划积极研究纳米技术在电子封装领域的应用就不足为奇了。而电子封装研讨会的纳米技术专场及各类学术期刊的论文都表明了这些应用研究的范围和进展。
纳米技术的定义通常是指功能元器件的尺寸小于100nm(即0.1μm)的技术。根据这个定义,在45nm的CMOS已经投产的情况下,纳米电子技术时代已经到来。然而,金属晶粒的尺寸通常都小于100nm,因此有人可能会主张焊料及许多应用薄膜均具备作为纳米技术研究对象的资格。因此,按照惯例,纳米技术的定义增加了一项要求——元器件或材料的特殊功能必须依赖其纳米尺度来实现。根据这一新定义,如果只是缩小器件的尺寸,MOSFET技术不属于纳米技术,但当其器件的尺寸足够小,以致其能允许弹道电荷输运,则MOSFET技术属于纳米技术。
纳米技术的驱动因素是在小尺度下改变材料特性的各种方法。在小尺度下,电子的传输机制种类繁多,包括弹道传输、非常小的纳米颗粒中严格的平均自由程限制、各种形式的电子隧道、多种电子跳跃机制等。其他物理性质改变包括:
1)熔点降低。即在小尺度下金属纳米颗粒的熔点会下降[1],不过这点不大可能被用于封装技术,因为通常只有当金属颗粒的大小在5nm以下时,其熔点才会下降10%[2]。
2)表面自扩散烧结。因为它是由热激活的,所以避免了高曲率曲面的形成[3]。
3)库仑阻塞效应。这需要一个具备静电能量的外部热源或电磁场来为单个纳米颗粒充电,它也是单电子晶体管运行的基础[4]。(www.xing528.com)
4)单晶体材料结构的理论最大机械强度[5]。
5)当纳米颗粒的尺寸比可见光的波长小一至两个量级时,其可具备独特的光学散射特性[6]。
6)纳米颗粒的化学活性增强,从而成为高效的催化剂,也因其较高的表面体积比(Surface-to-Volume Ratio,简称表体比)而具有其他多种特殊效应。
新的纳米级鉴定特性技术将被用于任何能提供有用信息的场合。例如,原子力显微镜(Atomic Force Microscope,AFM)就较常用于研究颗粒的粘附力与表面特征间的相互关系。近来,共焦显微镜(Confocal Microscopy)已经被用于封装研究[7]。最近还有一个新仪器的开发特别引人注目——原子力超声显微镜(Atomic Force Acoustic Microscope)[8],它把原子力显微镜改造成了一种著名的封装故障检测技术装备。
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